در صورت استفاده از اعضای اصلی سازه برای کنترل ارتعاشات، نمی­ توان در طول عمر مفید سازه این اعضا را ترمیم و نوسازی کرد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

عملکرد سیستم­های سازه­ای با رفتار غیر­خطی محدود می­باشد و امکان بهبود عملکرد سازه تحت بارهای ناگهانی وجود ندارد.]۲[
تمامی این نقطه ضعف­ها باعث شده تا فکر استفاده از سیستم­های جدیدتر به سرعت رشد و گسترش پیدا کند. در دهه­های اخیر افزایش استهلاک انرژی که ناشی از رفتار سازه تحت بارهای دینامیکی می­باشد، موضوع عنوان بسیاری از مقالات شده است و روش­های متعددی پیشنهاد شده است.
یکی از روش­هایی که جهت بهبود معایب مهاربندهای همگرا پیشنهاد شده، این­است که مهاربند هم در کشش و هم در فشار بدون اینکه کمانش کند، تسلیم شود. همچنین از آنجایی­که کمانش مهاربند جهت استهلاک انرژی مطلوب نیست، سیستم جدیدی که رفتار الاستو­پلاستیک داشته باشد، پیشنهاد شده است.
یک روش ارائه شده جهت تحقق این هدف رسیدن مهاربند تحت بار محوری فشاری به حد تسلیم با جلوگیری کردن از کمانش عضو توسط یک مکانیزم خارجی است. یک مدل ارائه شده که در شکل ۳-۱ نشان داده شده است، استفاده از یک فولاد نرمه به عنوان هسته ( با مقطع مستطیلی یا صلیبی یا . . . ) داخل یک غلاف فلزی پر شده با بتن است. این سیستم به گونه ­ای مونتاژ می­ شود که با فراهم آوردن یک سطح لغزش یا لایه ناپیوستگی بین هسته و بتن محصور کننده، هسته داخلی بتواند در مقابل نیروی محوری تغییر شکل طولی مستقل از کل سیستم داشته باشد و ضمن جلوگیری از کمانش هسته، امکان تسلیم آن در حالت بارگذاری فشاری فراهم شود. بتن و محفظه لوله­ای شکل فولادی، سختی و مقاومت خمشی لازم را برای جلوگیری از کمانش کلی مهاربند فراهم آورده و امکان تحمل بار توسط هسته فولادی را تا حد تسلیم بدون آنکه کاهشی در سختی و مقاومت مهاربند طی چرخه­های بارگذاری ایجاد گردد، فراهم می ­آورد. همچنین بتن و محفظه فولادی از کمانش موضعی هسته جلوگیری می­ کند.]۳[
غلاف فولادی
بتن( پرکننده )
صفحه فولادی
مواد غیر چسبنده
شکل۳-۱ : مکانیزم مهاربند مقاوم در برابر کمانش

مهاربند مقاوم در برابر کمانش^[۱۴]

معرفی مهاربند مقاوم در برابر کمانش

مهاربندهای مقاوم در برابر کمانش و یا به اختصار BRB در حقیقت نوع جدیدی از مهاربندهای همگرا می­باشد که در مقابل کمانش محافظت شده ­اند. در نتیجه این مهاربند دارای منحنی چرخه­ای نسبتا متقارن و رفتار یکسان در کشش و فشار است و رفتار سازه را از لحاظ پایداری و قابلیت جذب انرژی بهبود می­بخشد. در حقیقت مهاربند مقاوم در برابر کمانش به عنوان یک مستهلک­کننده چرخه­ای مطرح شده است که در این سیستم، سازه اصلی به صورت الاستیک باقی می­ماند و مهاربند به عنوان مستهلک­کننده انرژی عمل می­ کند و بعد از زلزله شدید با تعویض مهاربندهای تغییر شکل یافته، سازه اصلی به حالت اولیه خود بر می­گردد.
رفتار قاب­های دارای مهاربند مقاوم در برابر کمانش به رغم مشابهت ظاهری، تفاوت زیادی با قاب­های مهاربندی متداول همگرا دارد. همان­گونه که در شکل ۳-۲-الف نشان داده شده است، در سیستم مهاربندی مقاوم در برابر کمانش حلقه­های چرخه­ای^[۱۵] از نوع پایدار بوده و طی چرخه­های بارگذاری و باربرداری متعدد، افت در مقاومت و سختی سیستم مشاهده نمی­ شود. در حالی­که تحقیقات دو دهه اخیر نشان می­دهد که در سیستم مهاربندی همگرا، همانند شکل ۳-۲-ب این مهاربندها در مود فشاری دچار کمانش کلی می­شوند و در نتیجه سیستم دچار زوال در مقاومت و سختی می­ شود و در واقع پایین­افتادگی منحنی چرخه­ای را موجب می­ شود. همچنین در مود کششی، جزییات اتصالات مهاربند دچار وضعیت بحرانی می­ شود.
به عبارت دیگر با بهره گرفتن از مهاربندهای کمانش­ناپذیر، شکل­پذیری بالا می­رود و مود شکننده موجود در سیستم مهاربندی همگرا­ به مود شکل­پذیر تبدیل می­ شود. مقدار نیروی طراحی حاصل از روش استاتیک معادل در سیستم مهاربندی همگرای معمولی به میزان قابل توجهی بیش از سیستم مهاربندی کمانش­ناپذیر می­باشد که باعث غیر اقتصادی بودن آن در مقایسه با سیستم مهاربند کمانش ناپذیر می­گردد.]۳[

( الف )
( ب )
شکل۳-۲ : رفتار مهاربند در بارگذاری چرخه­ای
(الف) مهاربند مقاوم در برابر کمانش (ب) مهاربند همگرای متداول

اجزای تشکیل دهنده مهاربند مقاوم در برابر کمانش

به طور کلی ۵ قسمت مختلف برای BRB تعریف شده است که در ادامه به بررسی هر یک از این اجزا پرداخته می­ شود:]۳[

قطعه جاری شونده محصور شده^[۱۶] :

این بخش از یک یا چند صفحه فولادی به صورت مستطیلی یا صلیبی یا هر مقطع مطلوب دیگر تشکیل شده است. تحمل نیروی محوری صرفا بر عهده این قسمت است و سطح مقطع با توجه به مقاومت محوری مورد نیاز مهاربند تعیین می­ شود. به دلیل اینکه این بخش برای وارد شدن به ناحیه پلاستیک طراحی شده است، استفاده از فولاد نرمه که شکل­پذیری بیشتر از خود نشان می­دهد، کاربرد بیش­تری دارد. به عنوان جایگزین دیگر، فولاد پرمقاومت کم­آلیاژ یا مصالح فولادی با مقاومت جاری شدن مشخص و بدون نوسانات زیاد نیز مورد استفاده قرار می گیرد. (شکل ۳-۳-الف)

قطعه الاستیک محصور شده^[۱۷] :

این ناحیه توسط غلاف و ملات احاطه می­ شود. برای اطمینان از پاسخ الاستیک، سطح مقطع آن نسبت به ناحیه الاستیک بزرگ­تر اجرا می­ شود. این کار با عریض­تر کردن بخش جاری شونده محصور شده صورت می­گیرد. هم­چنین می­توان با جوش دادن سخت کننده مساحت این ناحیه را افزایش داد. (شکل ۳-۳-الف)

قطعه الاستیک محصور نشده^[۱۸] :

این بخش در ادامه بخش الاستیک محصور­شده است و مهاربند را به قسمت اتصال قاب وصل می­ کند. این ناحیه به طور عمومی برای اتصال با بولت طراحی می­­شود. ولی برای دیگر انواع اتصال مانند پین یا جوش نیز می­توان طراحی کرد. (شکل ۳-۳-الف)

مصالح جداکننده و انبساطی^[۱۹] :

کارایی این مواد لغزنده، در حذف و یا به حداقل رساندن انتقال نیروی برشی بین هسته جاری­شونده و مکانیزم مقاوم در برابر کمانش ( ملات و غلاف ) است. موادی مانند لاستیک، پلی­اتیلن، روغن سیلیکون، نوار ماستیک و … از این جمله است. فضای خالی بین هسته و ملات باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا به فولاد اجازه انبساط ( به دلیل اثر پواسون ) داده شود، در غیر این­صورت مکانیزم محصور­شدگی شامل غلاف فولادی و ملات پرکننده، مقداری نیروی محوری تحمل می­ کند. از طرفی اگر این فضا بیش از اندازه بزرگ باشد، کمانش هسته و انحنای همراه آن خیلی بزرگ شده و سبب کاهش مقاومت مهاربند در بارهای سیکلیک می­ شود. (شکل ۳-۳-ب)
در تخمین مقدار فاصله خالی بین ملات و هسته فلزی باید مقدار ضریب پواسون ۳/۰ در حالت الاستیک و ۵/۰ در حالت جاری شدن در نظر گرفته شود. طراحی فضای خالی همچنین بر اساس بیشینه کرنش نیز باید در نظر گرفته شود.

مکانیزم محصور شدگی^[۲۰] :

این مکانیزم به طور معمول ترکیبی از ملات و غلاف فولادی است. ابعاد غلاف برای جلوگیری از کمانش مهاربند طراحی می­ شود. ملات علاوه بر پرکنندگی در جلوگیری از کمانش موضعی هسته فولادی بسیار موثر است. لذا طرح اختلاط مناسب و عمل­آوری مناسب برای اطمینان از مقاومت فشاری کافی ملات لازم است. (شکل ۳-۳-ب)
بخش الاستیک محصور شده
قطعه تسلیم شونده محصور شده
بخش الاستیک محصور نشده
(الف)
غلاف فلزی

شکل۳-۳: اجزای مختلف BRB (الف) نمای مهاربند (ب) مقطع مهاربند
فضای خالی
هسته فلزی
مواد لغزنده
مصالح پرکننده
(ب)

مطالعات انجام شده در زمینه مهاربند مقاوم در برابر کمانش

مهاربند مقاوم در برابر کمانش ( BRB )

در دهه­های اخیر تحقیقات آنالیزی و آزمایشگاهی فراوانی در ژاپن و آمریکا جهت فهم و بیان رفتار مهاربند مقاوم در برابر کمانش صورت گرفته است. در زیر چند نمونه از تحقیقات و نتایج مهم به دست آمده بیان شده است:
فوجیموتو^[۲۱] ]۹[ در سال ۱۹۸۸ یک مقطع BRB شامل یک صفحه فولادی به عنوان هسته مهاربند داخل لوله فولادی که توسط ملات پر شده بود را مورد آزمایش قرار داد. در این حالت، لوله فولادی بیرونی سختی خمشی لازم جهت جلوگیری از کمانش هسته تحت نیروی فشاری را فراهم می­ کند.(شکل۳-۴-الف)
مدل ارائه شده توسط ناگائو^[۲۲] و تاکاهاشی^[۲۳] ]۱۰[ در سال ۱۹۹۲ از یک مقطع بال­پهن جهت تحمل بار محوری تشکیل شده بود که سختی جانبی آن جهت جلوگیری از کمانش توسط بتن مسلح که هسته را محصور کرده، تامین می­شد. (شکل۳-۴-ب)
اینیوو^[۲۴] و همکارانش]۱۱[ در سال ۱۹۹۲ یک مدل دیگری که در آن صفحه فولادی توسط پانل­های بتنی پیش­ساخته محصور شده بود را آزمایش کردند. (شکل۳-۴-ج)
حوریی^[۲۵] و یابه^[۲۶] ]۱۲[ در سال ۱۹۹۳ یک مقطع فولادی صلیبی شکل را به عنوان هسته مهاربند که توسط بتن مسلح شده با فیبرهای فولادی محصور شده بود را مورد آزمایش قرار دادند. (شکل۳-۴-د)